应用于手持设备功率放大器的开关电源设计(2)

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频率为2.35GHz。之后利用负载牵引进行匹配电路设计，确定MRF9742功率放大器的电路图，将该电路进行仿真，通过扫描输入功率的变化得到PAE的曲线。此功放的PAE最大值为50.1%，此时对应的输入功率为23dBm，5V的电源电压能够满足功放的工作需求，但是当输入功率增大时，电源电压不能满足功放的需求，同时当输入功率降低时，电源电压又会有剩余，从而有一部分的功率被白白消耗。为了使得功率放大器总能保持最大效率进行工作，可以采用开关电源对功率放大器供电，以保持功率放大器漏极电压随着输入功率的变化而变化。

为了实现此目标，首先要确定PAE与漏极电压的关系。可以让输入功率Pin保持不变，动态扫描功率放大器的漏极电压Vdd，仿真出功率放大器的功率附加效率PAE与漏极电压Vdd的关系曲线，从曲线中找出功率附加效率最大值时对应的漏极电压值，这样就得到了一组Pin与Vdd的值。取Pin=20dBm，扫描Vdd，当PAE取最大值时对应的Vdd=5.785V，。同理改变Pin，继续仿真功率放大器的功率附加效率PAE与漏极电压Vdd的关系曲线，可以得到PAE最大时相对应的Vdd值。将PAE与Vdd的对应值利用线性回归算法进行拟合，可以得到的拟合直线，即当功率放大器的漏极电压与输入功率满足Vdd=0.3255Pin-0.47时，可以使得功放的效率最大，同时Vdd的大部分取值小于6V，能满足手持设备输入功率的需求和供电电源的要求。

2包络跟踪开关电源电路设计

为了提高功率放大器的工作效率，满足拟合出来的功率放大器输入功率Pin与Vdd的关系，可以采用包络跟踪的方法来进行控制电路的设计。该电路可以采集功率放大器输入信号的包络，并将其放大作为控制信号，将这个控制信号作为开关电源中MOS管的驱动，用来控制开关电源的占空比，进而控制开关电源的输出电压。由于本设计针对手持设备需要对功率放大器MRF9742进行供电，故此包络跟踪开关电源电路通过一个脉冲宽度调制（PWM）模式的降压电路（Buck-Convertor）来实现。其基本电路包括包络检测电路、误差放大电路、比较电路和驱动电路等，。

图5中的误差放大电路(EA)将输出的电压Vdd返回值与输入电压Vin进行比较，经放大产生一个输出电压VEA作为比较电路的输入，同时误差放电电路可以进行频率补偿以保证系统的稳定性。PWM比较电路用于比较VEA与参考电压Vref，其输出结果是逻辑高电平和低电平，将这两个变化电平输入到驱动电路中来驱动MOS管，通过控制MOS的导通时间来控制开关电源的占空比。MOS管、电感、二极管、电阻和电容构成降压电路的形式，其中功率放大器PA用并联的电阻与电容来等效。为了保证电感上电流的连续性，在理想情况下降压电路的输入与输出满足如下关系：

Vdd=DVpower(1)

其中D为开关的占空比，Vpower为电源电压。在PWM模式下，开关的周期保持不变，只是导通时间发生变化，故可以通过改变开关的导通时间来控制其占空比。根据上述得到的功率放大器的漏极电压与输入功率的拟合直线，可以得到：Vdd=DVpower=0.3255Pin-0.47。此时的包络跟踪控制电路的输出电压与输入功率成线性关系，调节电路中各参数值以满足此关系式。在Virtuoso中画出PWM型降压电路图，。

3功率放大器开关电源仿真

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